训练数据集,其正实例点是x1=(3,3)T,x2 =(4,3)r,负实例点是x3=(1,1)T,试用感知机学习算法的对偶形式求感知机模型f(x)= sign(w·x+b)。这里,w =(w(1)T,w(2))T ,x=(x(1),x(2))T.代码
时间: 2024-09-22 20:06:06 浏览: 54
在感知机学习中,给定一组正样本和负样本,我们的目标是找到一个权重向量\( w \)和偏置项\( b \),使得对于所有的训练样本,\( f(x) = \text{sign}(w \cdot x + b) \)能够正确分类。感知机对偶形式通常用于处理线性不可分的情况,因为它可以通过拉格朗日乘子法转换为一个凸优化问题。
感知机的对偶形式可以使用以下步骤求解:
1. 定义损失函数:对于每个正样本\( x_i \),如果预测结果不是+1,则损失为1;对于负样本\( x_j \),如果预测结果是+1,则损失为1。对偶形式中的损失函数\( L(w,b) \)将是这些样本损失的加权和。
2. 构建拉格朗日函数:\( L(w,b,\alpha) = \sum_{i=1}^{n_+} (1 - y_i(w \cdot x_i + b))^+ + \sum_{j=1}^{n_-} (\alpha_j - y_j(w \cdot x_j + b))^+ \)
其中,\( n_+ \)是正样本数量,\( n_- \)是负样本数量,\( y_i \)是样本\( x_i \)的真实标签(0或1),\( \alpha_j \)是拉格朗日乘子。
3. 对偶优化:最大化对偶函数\( D(\alpha) \),其中\( \alpha_j \geq 0 \),因为原始问题是凸的。
\( D(\alpha) = \sum_{j=1}^{n_-} \alpha_j - \frac{1}{2} \sum_{i=1}^{n_+} \sum_{j=1}^{n_-} \alpha_i \alpha_j y_i y_j x_i \cdot x_j \)
4. 求解\( w \)和\( b \):从对偶解\( \{\alpha_j\} \)反向计算,\( w = \sum_{j=1}^{n_-} y_j \alpha_j x_j \) 和 \( b = \max(0, -\frac{1}{n_+}\sum_{i=1}^{n_+} y_i x_i) \)。
以下是使用MATLAB求解该问题的一个简化版本的示例代码,假设我们有简单的两个特征:
```matlab
% 假设已知的训练数据
X_pos = [3, 3; 4, 3]; % 正实例点
y_pos = ones(size(X_pos, 1), 1); % 正样本标签
X_neg = [1, 1]; % 负实例点
y_neg = zeros(1, size(X_neg, 1)); % 负样本标签
% 合并所有样本
X_all = [X_pos; X_neg];
y_all = [y_pos; y_neg];
% 计算样本数量
n_plus = size(X_pos, 1);
n_minus = size(X_neg, 1);
% 初始化拉格朗日乘子矩阵
alphas = zeros(n_minus, 1);
% 对偶优化
for iter = 1:1e3 % 迭代次数可调整
% 更新拉格朗日乘子
for j = 1:n_minus
margin = alphas(j) * X_neg(j,:)';
if margin < 1
alphas(j) = 0;
else
alphas(j) = min(max(alphas(j) - y_neg(j) * margin, 0), inf);
end
end
% 更新w和b
w = sum(y_neg .* alphas .* X_neg);
b = max(0, -sum(y_pos * X_pos(:,1)) / n_plus);
end
% 感知机模型
function decision = predict(X, w, b)
decision = sign(w' * X + b);
end
% 使用学习到的参数进行预测
predictions = predict(X_all, w, b);
```
这个例子假设了样本都是两维的。如果你的数据不同,请根据实际维度修改`X_pos`, `X_neg`的结构。请注意,对于真实应用中的大型数据集,可能需要更高效的方法,比如随机梯度下降或多线程优化。
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